（材料加工工程专业论文）硼化物对铝熔体中杂质铁的净化作用及机理.pdf

d i s s e r t a t i o nf o r t h ed e g r e eo fp h d e f f ec ta n dm ec h a n i s mo f i r o nr e m o v a lf r o ma l u m i n u m m e l tb yb o r o nc o m p o u n d s c a n d i d a t e ：j i a n w e ig a o a d v i s o r ：p r o f b a o d es u n s p e c i a l t y ： m a t e r i a l sp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g s u b j e c t ：m a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s c h o o lo fm a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y s h a n g h a i ，p r c h i n a d e c e m b e r2 0 0 9 j 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：力p 年印1 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密硒。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：掘 指导教师签名： 日期：2 口c p 年午月1 日 酣吲参 日期：列。年年月f 日 上海交通大学博士学位论文答辩决议书 所在 姓名高建卫学号 0 0 5 0 5 0 9 0 3 4 材料加工工程 学科 指导教师 孙宝德 答辩 2 0 1 0 0 3 2 6 答辩 上海交通大学材料学院材料b 楼4 0 3 室 日期地点 沦文题目 ； 硼化物对铝熔体中杂质铁的净化作用及机理 投票表决结粜： 岁7 万矿 ( 同意票数实到委员数应到委员数)答辩结论：耐螽过口未通过 评语和决汉：，： 高建卫的博_ l j 论文针对纯铝熔体中的有害杂质铁，系统开展了利用硼化物净化去除杂质 铁的理论羽i 实验研究，具有较高的工程应用价值和理论意义。论文得到如下创新性成果： 1 提出了采用硼化物去除铝熔体中杂质铁的理念，通过c a l p h a d 方法获得了a l f e b 和a 1 f e b 2 0 3 = 元系统的相图，揭示了富铝角存在f e - b 相，并通过添加硼( b ) 、氧化硼( b 2 0 3 ) 及硼 酸钠( n a 2 8 4 0 7 ) 的实验研究，证实了计算结果，为除铁剂的选择和设计提供了指导。 2 发明了一种用于铝熔体的硼化物除铁熔剂，研究了丰要工艺参数对除铁效果的影响规 律，通过上艺优化，在本研究条件下工业纯铝中杂质铁去除率达到2 2 4 5 。 3 对硼酸钠铝熔体体系进行了热力学计算，表明了铝熔体中硼酸钠除铁反应可能的热力学 途径为n a 2 8 4 0 7 ( s ) = n a 2 0 ( s ) + 2b 2 0 3 ( s ) ，b 2 0 3 ( s ) 4 - 2 a i ( i ) + 4 f e ( 1 ) = a 1 2 0 3 ( s ) 4 - 2 f e 2 b ( s ) ， 并建立了牛u 应的动力学模型。 论文层次清晰，撰写规范，方案合理，数据详实可信。该生答辩过程中叙述清楚，回答 问题正确，表明其已具有本学科峰实宽广的基础理论和系统扎实的专业知识。经答辩委员 会尤记名投票，一致通过该生的博士学位论文答辩，并建议授予其工学博士学位。 洲年弓月“日 职务姓名职称单位签名 毛席 陈世朴教授上海交通大学 ，_ ，j 刊 答 彩 彤 辩 委员 王俊教授上海交通大学 t 。乡、 委 委员 楼松年教授上海交通大学 觏皋 l 贝 南易 会委员 叶以富 教授华东理工大学 成 员 委员钟庆东教授上海大学 钟i 争 、 签 委员 名 委员 秘书 高海燕助理研究员 上海交通大学 南氇蒸 上海交通大学博士学位论文 硼化物对铝熔体中杂质铁的净化作用及机理 摘要 铝及铝合金中的杂质元素铁对材料的性能危害极大，且很难被净化 去除，因而限制了再生铝合金的循环利用，并阻碍了我国高性能铝材 的开发。现有研究主要集中于采用添加锰等合金元素的变质中和方法 来降低铁相的危害性，或在此基础上采用过滤、离心、电磁等方法对 富铁相加以分离，但是这些方法会导致锰元素及锰铁相残留，并引起 更大的危害，因而无法实际应用。 本文针对铝工业界对除铁技术的广泛需求，深入研究了硼化物对铝 熔体中杂质铁的狰化作用及其机理，引入了硼化物除铁的新方法，为 铝熔体中杂质铁的净化研究开辟了新途径。 采用c a l p h a d 方法计算了a 1 f e b 和a 1 f e b 2 0 3 三元体系的相图， 揭示了富铝角熔体中相的析出规律，为硼化物除铁提供了可靠的理论 指导；采用等温静置、长时间恒温气氛保护等实验方法，以及电感耦 合等离子体发射光谱、光学显微镜( o m ) 、扫描电镜( s e m ) 、x - 射线衍 射仪( x r d ) 等分析方法，研究了b 、b 2 0 3 及n a e b 4 0 7 对纯铝熔体中杂质 铁的影响，并验证了a 1 f e b 和a 1 f e b 2 0 3 计算相图在富铝角的准确 性；采用熔剂精炼、等温静置、超声处理、金属室温拉伸试验等方法 系统研究了n a 2 8 4 0 7 对铝液中杂质铁的净化作用规律和机制，研究了 n a e b 4 0 7 对含铁o 1 4 讲、0 6 6w t 和1 0 8 叭的三种工业纯铝的除 铁效果，优化了除铁工艺；通过对实验后的铝渣和金相组织的分析， 摘要 结合a 1 f e b 2 0 3 计算相图确立了n a 2 8 4 0 7 除铁反应机制，并用热力学 计算的方法证明了这一反应机制。本研究取得的主要结果如下： a 1 f e b 和a 1 f e 。b 2 0 3 三元体系的相图计算结果表明，在6 8 0o c 1 0 0 0o c 的温度范围内，a 1 f e b 的富铝角液相中只有a i b 2 析出，而无 铁硼相形成；而在a 1 f e b 2 0 3 相图的富铝角，在6 8 0o c 9 0 0o c 的温 度范围内，任意f e 和b 2 0 3 的成份条件下，在液相中都能形成f e 2 b 。 通过单独添加硼处理含铁约l 叭和o 1 5 讯的铝液后，铝液中 主要析出a 1 8 2 相，无铁硼相形成，铁含量在处理后无下降，该结果与 a 1 f e b 计算相图的富铝角析出相情况吻合。添加7 6 1 埘或0 3 3 砒的b 2 0 3 到含f e 约l 叭的纯铝中，能够反应形成f e 2 b ，证实了 a 1 f e b 2 0 3 计算相图在富a l 角的正确性。在添加1 5 的n a e b 4 0 7 处理后，纯铝中的f e 含量从o 3 3 叭降至o 1 8 嘶，铁的去除率约 为4 5 。熔渣x r d 分析证实n a e b 4 0 7 与f e 反应形成了f e 2 b 。 发明了一种由n a 2 8 4 0 7 、n a c i 和k c i 组成的铝熔体除铁熔剂。影响 n a 2 8 4 0 7 熔剂除铁效果的主要因素有：n a e b 4 0 7 添加量、保温时间和处 理温度。随着n a e b 4 0 7 添加量的增加和保温时间的延长，纯铝中的铁 含量逐渐降低，铁含量从初始的o 1 4 嘶、0 6 6 叭和1 0 8 叭可分 别降至0 0 7 7w t 、0 4 5w t 和0 8 4w t ，除铁率分别达到4 5 、31 8 和2 2 2 。增加处理温度会使铁含量进一步降低，但是当温度从7 2 0 o c 升至9 0 0o c 时，铁含量变化幅度微弱。在给定的n a 2 8 4 0 7 添加量下， 铝液中的铁含量通常在6 0r a i n 左右下降到最低值。适宜的除铁工艺为： n a 2 8 4 0 7 添加量为0 9w t ，处理温度7 2 0o c ，处理时间6 0m i n 。 经过n a 2 8 4 0 7 熔剂处理后的纯铝的伸长率会经历先增大后减小的变 化，在n a 2 8 4 0 7 添加量为o 3 o 5 砒时伸长率达到最大，铁含量为0 1 4 砒、0 6 6 砒和1 0 8 叭的纯铝的伸长率分别提高了6 5 、7 0 上海交通大学博士学位论文 和8 0 ，其断口布满韧窝，符合韧性断裂特征，然而，进一步增大 n a 2 8 4 0 7 添加量，伸长率迅速降低，其断口分布较多氧化铝夹杂， n a 2 8 4 0 7 添加量的增加导致了氧化铝夹杂严重。 采用热力学计算证实了在f e 含量小于1 叭的铝液中加硼处理后 f e 既不能与铝液中析出的a l b 2 反应，亦不能与液相中的b 反应；而 n a 2 8 4 0 7 则能与铝液中的杂质f e 反应形成铁硼化合物f e 2 b 。n a 2 8 4 0 7 除铁的基本原理是铁硼化合物的形成并且被熔剂捕获进入熔渣中。依 据实验条件建立了n a 2 8 4 0 7 熔剂除铁的动力学模型，模型能够合理解 释实验数据中铁含量随处理时间的变化情况。 关键词：工业纯铝，杂质铁，除铁净化，硼酸钠，氧化硼，硼，熔剂 i i i e f f e c ta n dm e c h a n i s mo fi r o nr e m o v a lf r o m a l u m i n u mm e i rb yb o r o nc o m p o u n d s a b s t r a c t i r o ni st h em o s tp e r v a s i v ea n dd e l e t e r i o u se l e m e n ti na la n di t sa l l o y s i r o ni sd i f f i c u l tt ob er e m o v e df r o ma ia l l o y s ，w h i c hp r e v e n t st h e a p p l i c a t i o no fr e c y c l i n ga is c r a pb e c a u s et h ei r o nc o n t e n tw i l la c c u m u l a t e d u r i n gt h er e c y c l i n gp r o c e s s t h ed e v e l o p m e n to fh i g hq u a l i t ya ia l l o y s a l s on e e d st h ei r o nc o n t e n ti no r i g i n a la im a t e r i a l sb ec o n t r o l l e du n d e ra l o wl e v e l m o r ee f f o r t sh a v eb e e nd e v o t e do nh o wt ow e a k e nt h e d e l e t e r i o u se f f e c to fi r o n ( c a l l e di r o np h a s e “n e u t r a l i z a t i o np r o c e s s i n g ) t h a ni r o nr e m o v a l s of a rt h ea d d i t i o no fm ni n t oa 1 - s ia l l o yi so n l yt h e p r a c t i c a lw a yt or e m o v ei r o ni ne x p e r i m e n t a ls c a l e t h em e c h a n i s mi st h e f o r m a t i o no fp r i m a r yf e r i c hi n t e r m e t a l l i c s ，g e n e r a l l yp r i m a r ya - a l l s ( f e ， m n ) 3 s i 2 ，t h e nt h ep r i m a r y f e - r i c hi n t e r m e t a l l i c sc a nb er e m o v e db y f i l t r a t i o n ，c e n t r i f u g a la n de l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o np r o c e s s i n g b u tm n a d d i t i o nw i l lr e s u l ti ns e r i o u sm n - f ep h a s e sr e s i d u e ，w h i c hi m p e r i l st h e p r o p e r t i e so f a la l l o y s om n a d d i t i o np r o c e s s i n gi s n ta p p l i c a b l e i no r d e rt om e e tt h ep e r v a s i v ed e m a n df o ri r o nr e m o v a li na ii n d u s t r y , a n e wm e t h o dt or e m o v ef ef r o ma l u m i n u mb yb o r o nc o m p o u n d sp r o c e s s i n g i si n t r o d u c e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ee f f e c t so fb o r o nc o m p o u n d so ni r o n r e m o v a lf r o ma im e l ta r es t u d i e d ，a n dt h em e c h a n i s mi sa l s oc l a r i f i e d i nt h i ss t u d y , t h et e r n a r yp h a s ed i a g r a m so fa 1 - f e - - ba n da i - f e - b 2 0 3 w e r ec a l c u l a t e d t h ep h a s ed i a g r a m sc l a r i f i e dt h ep h a s ef o r m a t i o na t a 1 一r i c hc o m e r , w h i c hw a sa ni m p o r t a n tt h e o r yg u i d a n c ef o rt h ei r o n r e m o v a lb yb o r o nc o m p o u n d s t h ee f f e c t so fb ，b 2 0 3a n dn a 2 8 4 0 7o nt h e i r o np h a s e si np u r i t ya l u m i n u mw e r es t u d i e db yc o n s t a n tt e m p e r a t u r e h o l d i n gp r o t e c t e db ya r g o na t m o s p h e r e ，i c p a e s ，o p t i c a lm i c r o s c o p y i v 上海交通大学博士学位论文 ( o m ) ，s e m x r da n ds oo n , w h i c ha l s op r o v e dt h ea i r i c hc o r n e ro ft h e c a l c u l a t e dp h a s ed i a g r a m s n ee f f e c t so fn a 2 8 4 0 7o ne l i m i n a t i o no fi r o ni n c o m m e r c i a lp u r i t ya l u m i n u mw i t ho 14w t ，0 6 6w t ，1 0 8 w t i r o n c o n t e n tw e r es y s t e m i c a l l ys t u d i e db yt h ew a yo ff l u xr e f i n i n g ，c o n s t a n t t e m p e r a t u r eh o l d i n g , u l t r a s o n i cp r o c e s s i n g ，t e n s i l ee x p e r i m e n t sa n d s oo n 1 h ep r o c e s s i n g p a r a m e t e r s w e r eo p t i m i z e d t h em e c h a n i s mo fi r o n r e m o v a lw a se s t a b l i s h e db a s e do nt h ec o m b i n a t i o no fs l u d g ea n ds t r u c t u r e a n a l y s i sa n dt h ec a l c u l a t e dp h a s ed i a g r a m s 砀em a i nw o r k si nt h i ss t u d y a r ea st h ef o l l o w i n g ： t h ec a l c u l a t e dp h a s ed i a g r a m so fa 1 f e - ba n da i f e - b 2 0 3i n d i c a t e dt h a t o n l ya 1 8 2f o r m e da tt h ea i - r i c hc o m e ro fa i - - f e - bp h a s ed i a g r a m sa tt h e t e m p e r a t u r ef r o m6 8 0o ct o10 0 0o c ，a n dn oi r o nb o r i d e sf o r m e d w h i l e a t t h ea i - r i c hc o m e ro fa l - f e b 2 0 3p h a s ed i a g r a m ，t h ef e 2 bf o r m e dw i t ha n y f ea n db 2 0 3c o n t e n t sa tt h et e m p e r a t u r ef r o m6 8 0o ct o9 0 0o c o n l ya l b 2f o r m e da n dn oi r o nb o r i d e sw e r ef o u n da f t e rb o r o np r o c e s s i n g i na lm e l tw i t h 1w t a n d0 15w t f e ，a n di r o nc o n c e n t r a t i o nd i d n t d e c r e a s e ，w h i c ha g r e e dw i t ht h ec a l c u l a t e da i f e bp h a s ed i a g r a m f e 2 b w a so b s e r v e di nt h ea l u m i n u ms a m p l e sw i t ht h eb 2 0 3a d d i t i o no f7 61w t o r0 3 3w t w h i c hp r o v e dt h ea lr i c hc o m e ro ft h ec a l c u l a t e dp h a s e d i a g r a ma 1 - f e - b 2 0 3 w i mt h e1 5 w t a d d i t i o no fn a 2 8 4 0 7 ，f ec o n t e n t d e c r e a s e df r o m0 3 3w t t o0 18w t i na lm e l t ，a b o u t4 5 f ew a s r e m o v e d t h ex r d a n a l y s i so fs l u d g ep r o v e dt h ef o r m a t i o no ff e 2 b an e wf l u x , c o n s i s t i n go f n a 2 8 4 0 7 、k c i 、n a c i ，f o ri r o nr e m o v a lf r o ma i m e l tw a si n v e n t e d t h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h ei r o nr e m o v a lf u n c t i o no f f l u xi n c l u d e dn a 2 8 4 0 7a d d i t i o n ，h o l d i n gt i m ea n dp r o c e s s i n gt e m p e r a t u r e i r o nc o n t e n td e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fn a 2 8 4 0 7a d d i t i o na n dh o l d i n g t i m e t h ei r o nc o n t e n td e c r e a s e df r o mo r i g i n a lo 1 4w t ，o 6 6w t ，1 0 8 、矶t o0 0 7 7w t ，o 4 5w t ，0 8 4w t r e s p e c t i v e l y ，a n dt h er e d u c t i o n v r a t ew a s4 5 ，31 8 a n d2 2 2 r e s p e c t i v e l y i n c r e a s i n gt h ep r o c e s s i n g t e m p e r a t u r ec a ni n c r e a s ei r o nr e d u c t i o nr a t e ，b u tt h e r ew e r en os i g n i f i c a n t c h a n g e sf r o m7 2 0o ct o9 0 0o c u s u a l l y ，a t6 0 m i nh o l d i n gt i m e ，t h ei r o n c o n t e n tr e a c h e dt h el o w e s tl e v e l ，n l ea p p r o p r i a t ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r s w e r e0 9w t a d d i t i o no fn a 2 8 4 0 7 ，p r o c e s s i n gt e m p e r a t u r e 7 2 0o ca n d h o l d i n gt i m e6 0m i n t h ee x t e n s i b i l i t yo ft h ea l u m i n u mi n c r e a s e df i r s t l ya n dt h e nd e c r e a s e d r a p i d l yw i t ht h ei n c r e a s i n go fn a 2 8 4 0 7a d d i t i o n 1 1 l ee x t e n s i b i l i t ya c h i e v e d o p t i m a l v a l u ew h e nt h ea d d i t i o no fn a 2 8 4 0 7w a s0 3 0 5w t t h e e x t e n s i b i l i t yo fa l u m i n u mw i t h0 14w t ，0 6 6 w t ，1 0 8w t i r o n c o n t e n tc a r lb ei m p r o v e d6 5 ，7 0 ，8 0 h i g h e rt h a nt h eo r i g i n a lv a l u e n et e n s i l ef r a c t u r es h o w e dc h a r a c t e r i s t i c so fd i m p l e n ee x t e n s i b i l i t y d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fn a 2 8 4 0 7a d d i t i o n ，a n da l u m i n aw e r ef o u n d a tt h et e n s i l ef r a c t u r e ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ei n c r e a s eo fn a 2 8 4 0 7 a d d i t i o nr e s u l t e di ns e r i o u sa l u m i n ap i c k u p ，a n dc a u s e dt h ee x t e n s i b i l i t y r e d u c t i o n ，n l et h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o np r o v e dt h a tt h ei r o nc a n n o tr e a c tw i t h e i t h e rt h ep r e c i p i t a t e da 1 8 2o r 【b 】i nt h el i q u i dp h a s ed u r i n gt h eb o r o n p r o c e s s i n g ，w h i l ef e 2 bc a nf o r ms p o n t a n e o u s l yt h r o u g h t h er e a c t i o n b e t w e e nn a 2 8 4 0 7a n df ei nt h ea im e l tu n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s t h em e c h a n i s mo fi r o nr e m o v a lb yn a 2 8 4 0 7p r o c e s s i n gi st h a ti r o nb o r i d e ( f e 2 b ) f o r m s ，e n t e r st h ef l u xa n di sr e m o v e dw i t ht h es l u d g e 硼1 ek i n e t i c m o d e lo fn a 2 8 4 0 7 - c o n t a i n i n gf l u xp u r i f i c a t i o np r o c e s si sa l s oe s t a b l i s h e d ， w h i c hc a l le x p l a i nt h e ，r e l a t i o n s h i pb e t w e e ni r o nc o n t e n ta n dp r o c e s s i n g t i m e k e y w o r d s ：c o m m e r c i a lp u r i t ya l u m i n u m ，i m p u r i t yi r o n ，i r o nr e m o v a l ， s o d i u mb o r a t e ，b o r o no x i d e ，b o r o n ，f l u x 上海交通大学博士学位论文 目录 摘要i e l录v i i 主要符号说明x i 第一章文献综述l 1 1 概述l 1 2 铝合金中常见的富铁相及其危害2 1 2 1 主要富铁相简介2 1 2 2 铁对铝合金性能的影响5 1 3 有害铁相的中和变质研究6 1 3 1 锰( m a n g a n e s e ) 6 1 3 2 钴( c o b a l t ) 。8 1 3 3 铬( c h r o m i u m ) 9 1 3 4 铍( b e r y l l i u m ) 。9 1 3 5 锶( s t r o n t i u m ) 、钼( m o l y b d e n u m ) 、镍( n i c k e l ) 、硫( s u l f u r ) 1 1 1 3 6 热处理l l 1 4 铝合金中除铁技术进展l l 1 4 1 富铁相的析出分离法1 1 1 4 2电解法。l9 1 4 3 偏析法2 0 1 4 4 熔剂法2 0 1 4 5电渣法2 0 1 4 6 硼化法2 l 1 5改善铁相危害的研究现状小结2 2 1 6 本文的研究目的和内容2 2 v 目录 参考文献2 3 第二章实验方法31 2 1 引言3l 2 2a 1 f e b 及a 1 f e b 2 0 3 体系的相图计算方法3l 2 2 1 相图计算基本方法。3l 2 2 2 热力学模型3 3 2 3 实验方法3 5 2 3 1硼及硼化物对铝熔体中铁的影响3 5 2 3 2硼酸钠熔剂的除铁工艺3 9 2 4 成分检测、组织表征与性能测试4 2 2 4 1成分分析4 2 2 4 2 形貌观察与微区分析。4 2 2 4 3 x 射线衍射分析。4 2 2 4 4 熔剂的差热分析4 3 2 4 5 铸态力学性能测试4 3 2 5 本章小结4 4 参考文献4 4 第三章a 1 f e b 和a 1 f e b 2 0 3 相图计算4 5 3 1 引言4 5 3 2a 1 f e b 三元相图的计算4 5 3 2 1 a 1 f e b 体系热力学参数的优化4 5 3 2 2a 1 f e b 相图计算结果5 4 3 3a 1 f e - b 2 0 3 相图的计算5 8 3 4 本章结论6 2 参考文献。6 3 第四章硼、氧化硼及硼酸钠对铝熔体中杂质铁的影响“ 4 1 引言6 4 4 2 硼( b ) 对铝熔体中杂质铁的影响6 4 4 2 1 杂质元素含量分析6 4 v i i i 4 3 2 铁含量分析7 2 4 4 氧化硼0 3 2 0 3 ) 对铝熔体中铁元素的影响7 3 4 5 硼酸钠( n a 2 8 4 0 7 ) 对铝熔体中铁元素的影响7 4 4 5 1 铁含量分析7 5 4 5 2 金相分析7 5 4 5 3 熔渣分析。7 6 4 5 4 n a 2 8 4 0 7 玻璃铝液界面反应7 7 4 6 本章结论7 8 参考文献7 9 第五章n a 2 8 4 0 7 除铁熔剂及除铁工艺研究8 0 5 1 引言8 0 5 2n a 2 8 4 0 7 除铁熔剂8 0 5 3n a 2 8 4 0 7 熔剂的除铁实验结果8 1 5 3 1n a 2 8 4 0 7 添加量对除铁效果的影响8 l 5 3 2 保温时间对除铁效果的影响8 3 5 3 3 处理温度对除铁效果的影响。8 4 5 3 4 处理前后金相组织分析8 5 5 3 5 熔渣分析8 9 5 3 6n a e b 4 0 7 处理对铝材力学性能的影响9 0 5 4 超声处理对n a 2 8 4 0 7 除铁熔剂除铁效果的影响9 3 5 5 本章结论9 4 参考文献。9 5 第六章硼及硼酸钠除铁处理机制分析9 7 6 1 引言9 7 6 2 硼处理的反应机制分析一9 7 6 3 硼酸钠除铁反应热力学机制探讨10 1 目 录 6 3 1 a 1 f e 合金中a l 和f e 的活度计算。1 0 1 6 3 2 反应过程的热力学计算10 5 6 4 硼酸钠除铁反应动力学分析1 0 8 6 4 1 动力学模型的建立1 0 8 6 4 2 实验数据拟合分析。1 10 6 5 本章结论116 参考文献1 17 第七章结论与展望1 1 8 7 1 主要结论118 7 2 应用展望1 19 本研究的主要创新点1 2 0 j 【谢1 21 攻读博士学位期间发表的学术论文及授权的专利目录1 2 2 发表的学术论文。1 2 2 授权及公开的发明专利1 2 3 x 上海交通大学博士学位论文 a 。边界层面积( m 2 ) 主要符号说明 c 溶质质量百分比浓度( w t ) c f e 。 c f 夺e r 4 g 厶q e 寸m - , g o g 佰 g o , t 瞌峨 l 琏s h _ 御 铁的极限最低浓度( w t ) 铁的初始浓度( w t ) 纯物质标准参考态吉布斯自 由能( j t o o l d ) 吉布斯自由能变化( j m o l d ) 纯物质某温度下的标准吉布 斯自e h 能( j m o l 以) 过剩自由能( j m o l 1 ) 磁性自由能( j m o l 1 ) 固相中溶质的标准吉布斯自 由能( j m o l 以) 液相中溶质的标准吉布斯自 由能( j t o o l 1 ) 熔化时溶质的标准吉布斯自 由能变化( j m o l - 1 ) 标准熔化焓( j m o l 1 ) x i 物质标准形成焓变 ( j m o l 。1 ) 铁在铝液中的传质系数 ( ms 。1 ) 铝液的质量( 1 ( g ) 添加熔剂的质量( 蝇) 标准熔化熵( j m o l 。1 ) 热力学温度( k ) 溶质摩尔浓度 活度 活度系数 铁在渣中的活度系数 ) ，础铁在铝液中的活度系数 p 铝液密度( k g m 3 ) 一 反 m 必 r x 口 y 应 底 我 3 1 ，3 8 8 9k w h m t t 3 1 。电解过程中还伴有大量废料和废气的排放( 赤泥【4 】、氟化物、 s 0 2 和c 0 2 5 1 ) ，随着环境保护和能源使用的法规越来越严格，原铝生产成本越来越 高，因此废铝回收利用成了目前铝工业的重要发展方向。废铝回收的最大优点就 是能耗低，约3 , 7 7 7 8k w h m t t 引，是生产原铝所需能耗的1 2 ；废铝回收过程产 生的废弃物少，为生产原铝的1 0 ，且很少排放有毒气体和二氧化碳【5 】；废铝回 收需要的设备也比生产原铝的设备简单，投资少。目前欧美日本等发达国家的废 铝回收已经达到很高水平，而我国的回收铝生产则刚起步，还有很大的发展空间。 然而，废铝回收生产的过程中存在一个重要的问题：废料中杂质种类繁多，见 表1 1 t 6 1 ，其中杂质铁的去除是一个严峻的问题，因为一般铝合金对铁元素的限制 含量极低。杂质铁极难被净化去除，因而它会在废铝的循环生产过程中不断积累【5 7 1 ，达到很高的含量，对后续生产造成困难。所以开发高效的除铁技术对废铝的循 环利用意义重大。 另外，我国高性能铝材尤为短缺，但对它的需求却十分巨大。高性能铝材是现 代交通运输工具轻量化发展，及电力、信息等产业升级的必要基础，是国防现代 化必不可少的结构材料。国防装备要求现有高强铝合金强度提高1 0 2 0 、韧性提 高2 0 、耐蚀性提高l o - 2 0 ，